Identifikasi Multiple Damages Struktur Kapal Berbahan Sandwich Panel Menggunakan Respon Getaran - ITS Repository

  TESIS – MN142532

  

IDENTIFIKASI MULTIPLE DAMAGES STRUKTUR KAPAL

BERBAHAN SANDWICH PANEL MENGGUNAKAN RESPON GETARAN

  WINDRA ISWIDODO 4115203006 DOSEN PEMBIMBING Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D NIP. 19590505 198403 1 012 Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D NIP. 19620328 198803 1 001 PROGRAM MAGISTER TEKNIK PRODUKSI DAN MATERIAL KELAUTAN PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan” HALAMAN JUDUL TESIS

• – MN142532

IDENTIFIKASI MULTIPLE DAMAGES STRUKTUR KAPAL BERBAHAN SANDWICH PANEL MENGGUNAKAN RESPON GETARAN

  WINDRA ISWIDODO 4115203006 DOSEN PEMBIMBING Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D NIP. 19590505 198403 1 012 Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D NIP. 19620328 198803 1 001 PROGRAM MAGISTER TEKNIK PRODUKSI DAN MATERIAL KELAUTAN PROGRAM STUDI TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN

  INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

  THESIS – MN142532 MULTIPLE DAMAGES IDENTIFICATION OF SANDWICH PANEL MATERIAL ON SHIP STRUCTURE USING

VIBRATION RESPONSE

  WINDRA ISWIDODO 4115203006 SUPERVISOR Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D MAGISTER PROGRAM MARINE PRODUCTION AND MATERIAL ENGINEERING DEPARTEMEN OF NAVAL ARCHITECTURE AND SHIPBUILDING ENGINEERING FACULTY OF MARINE TECHNOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

KATA PENGANTAR

  Segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis yang berjudul “Identifikasi

  

Multiple Damages Struktur Kapal Berbahan Sandwich Panel Menggunakan

Respon Getaran

  ”. Adapun maksud penulisan tesis ini yaitu sebagai salah satu

  syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Selama pelaksanaan penelitian dan penulisan thesis ini banyak pihak yang telah membantu, karena itu penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D dan Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D sebagai pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis selama proses penelitian.

  2. Ir. Wasis Dwi Aryawan, M.Sc.,Ph.D. selaku Ketua Jurusan Teknik Perkapalan sebagai pimpinan instansi penulis menimba ilmu dan menempuh studi Magister.

  3. Dr. Ir. Heri Supomo, M.Sc., Dr. Ir. I Ketut Suastika, M.Sc., Prof. Dr. Ir. Buana Ma’ruf M.Sc.,M.M. selaku penguji sidang tesis yang telah memberikan penilaian dan masukan untuk kesempuraan penelitian.

  4. Seluruh Dosen Program Pasca Sarjana Teknik Perkapalan yang telah membimbing penulis hingga mampu menempuh pendidikan Magister.

  5. Drs Sugeng Hari Widodo, M.MPd selaku ayahanda, yang banyak memberikan bantuan moril dan materil serta doa yang tak ternilai harganya, selama penulis menimba ilmu. 6. drg. Fitriyah Okta Lutfiyana dan Ilyzia Raudha Ratriandiari Iswidodo yang senantiasa memberikan semangat serta doa selama penulis menimba ilmu.

  7. Tim peneliti sandwich panel, yang telah memberikan semangat, masukan dan doa kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian.

  8. Kolonel Laut (T) Ir. Soegeng Poerwadi, Letkol Laut (KH) Drs. Imbalo P.

  Tambunan, Mayor Laut (T) Pompy Pratisna, ST., MT dan seluruh staf Laboratorium Industri Kimia dan Material, KOARMATIM TNI AL Surabaya, yang telah mendukung pengujian laboratorium penelitian ini.

  9. Rekan-rekan Pasca Sarjana 2015, Indra, Putri, Noor, An Apriyani, Dika, Wasis, Wisnu, Ismail, Fahmi, Erzad, Reynaldi, dan Roni yang telah bersama- sama dalam suka duka menuntut ilmu bersama-sama dengan penulis Penulis menyadari bahwa penelitian tesis ini masih memilki banyak kelemahan dan kekurangan, oleh karena itu sangat diharapkan saran yang membangun agar penelitian ini lebih dapat disempurnakan.

  Surabaya, Juli 2017

  Penulis

  

IDENTIFIKASI MULTIPLE DAMAGES STRUKTUR KAPAL

BERBAHAN SANDWICH PANEL MENGGUNAKAN

RESPON GETARAN

  Nama Mahasiswa : Windra Iswidodo NRP : 4115203006 Dosen Pembimbing I : Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D Dosen Pembimbing II : Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D

  

ABSTRAK

  Saat ini banyak terobosan baru dalam teknologi material. Salah satunya adalah penggunaan material Sandwich Panel untuk konstruksi kapal. Sandwich merupakan material ringan yang terdiri dari dua pelat baja yang dipisahkan

  Panel

  oleh bagian inti (core). Material Sandwich Panel pada kapal akan mendapat gaya berulang dari luar, hal tersebut akan memicu adanya retak dan kemudian dapat menyebabkan kegagalan pada material.

  Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan material inti dari Sandwich Panel dengan bahan resin dan talac yang memiliki komposisi 10%, 20%, 30%, dan 40% dari berat total. Identifikasi dilakukan dengan metode eksperimen yang meliputi pengujian, densitas, kekuatan geser, dan kekuatan tarik material untuk mendapatkan nilai persyaratan yang diberikan oleh DNV. Investigasi dilakukan juga pada material Sandwich Panel dengan metode eksperimen kekuatan lentur. Analisa dengan Finite Element Modeling dilakukan untuk validasi kekuatan material Sandwich Panel. Selanjutnya, akan dilakukan identifikasi dampak multiple melalui pendekatan karakteristik getaran dengan metode ekperimen dan

  damages analisa finite elemen.

  Berdasarkan hasil penelitian, penambahan komposisi talac pada core memberikan peningkatan kekuatan material 12,23% dan peningkatan

  material

  kekakuan material sebesar 23,10% pada modulus geser. Analisa aplikasi sandwich

  

panel pada geladak kendaraan menghasilkan perubahan berat konstruksi sebesar -

  10,71% dengan perubahan bentuk konstruksi seperti berkurangnya penegar dan penumpu. Pengaruh cacat pada material inti Sandwich Panel berdasarkan hasil eksperimen terjadi penurunan rata-rata frekuensi natural sebesar 1,64%.

  Kata kunci : Core Material, Sandwich Panel, Pengujian Getaran, Multiple Damages

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

MULTIPLE DAMAGES IDENTIFICATION OF SANDWICH PANEL

MATERIAL ON SHIP STRUCTURE USING VIBRATION RESPONSE

  Student Name : Windra Iswidodo NRP : 4115203006 Supervisor I : Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng., Ph.D Supervisor II : Ir. Agung Budipriyanto, M.Eng.,Ph.D

  

ABSTRACT

Nowday, lot of new breakthroughs in material technology. One of the them

is the use of Sandwich panel Material. Sandwich panel is a material that consist of

two steel plates separated by a core part. On its application on ship, Sandwich

panel will get repetitive force from the outside. This will occur a defect and then

lead to failure of the material.

  This research was conduct to got core material from Sandwich Panel with

resin and talac which have composition 10%, 20%, 30%, and 40%. Identification

doing by experimental method that includes testing, density, shear strength, and

tensile strength to obtain the value of the requirements provided by DNV. Sandwich

Panel material with flexural strength experimental method to investigated. This

research will identify multiple damages with vibration characteristic approach with

the experimental method and finite element analysis.

  Based on the result, added of talac composition on core material gives

12.23% material strength and material stiffness increase of 23.10% in shear

modulus. Analysis of sandwich panel applications on the cardeck resulted in a

reduced of construction weight -10.71%. Effect of defect on Sandwich Panel core

material based on the experimental result is a decrease in natural frequency mean

of 1.64%.

  Key word: Core Material, Sandwich Panel, Vibration test, Multiple Damages

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

  

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN .....................................

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  Error! Bookmark not defined.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Contoh material sandwich panel ................................................... 2Gambar 2.1 (a) Konstruksi kapal pelat baja konvensional ............................... 6

  (b) Konstruksi kapal sandwich panel ............................................ 6

Gambar 2.2 Bahan baku pembuatan material inti Sandwich Panel .................. 7Gambar 2.3 Resin 157 BQTN ........................................................................... 8Gambar 2.4 Spesimen uji tarik .......................................................................... 14Gambar 2.5 Spesimen pengujian geser dan metode pengujian geser ................ 16Gambar 2.6 Titik pembebanan tunggal dan titik pembebanan ganda ............... 18Gambar 2.7 Penentuan estimasi Redaman, Half power bandwidth .................. 22Gambar 2.8 Modal testing secara umum dari FRF ........................................... 26Gambar 2.9 Ilustrasi sudut fase ......................................................................... 27Gambar 3.1 Bagan alir rencana penelitian ........................................................ 29Gambar 3.2 Pengujian densitas core material................................................... 33Gambar 3.3 Pengujian tarik core material ........................................................ 34Gambar 3.4 Pengujian kekuatan geser core material........................................ 35Gambar 3.5 Skema metode pembuatan sandwich panel ................................... 36Gambar 3.6 Proses persiapan faceplate sebelum penyetelan ............................ 37Gambar 3.7 Persiapan pembuatan Sandwich Panel .......................................... 38Gambar 3.8 Proses pembuatan core material ................................................... 39Gambar 3.9 Pengujian densitas material sandwich panel ................................. 41Gambar 3.10 Pengujian lentur pada material Sandwich Panel ........................... 41Gambar 3.11 Model Sandwich panel .................................................................. 42Gambar 3.12 Dudukan untuk pengujian getaran ................................................. 44Gambar 3.13 Set up penelitian yang digunakan dalam pengujian ...................... 44Gambar 3.14 Ilustrasi pengambilan data ............................................................. 45Gambar 3.15 Bagan pengolahan data .................................................................. 45Gambar 3.16 Proses pembuatan cacat pada core Sandwich Panel ..................... 47Gambar 4.1 Bentuk spesimen uji setelah pengujian Tarik ................................ 54Gambar 4.2 Grafik hubungan tegangan dan regangan pada core material ....... 55Gambar 4.3 Grafik Modulus Elastisitas core material ..................................... 56Gambar 4.4 Grafik hubungan pembebanan dan perpanjangan core material .. 59Gambar 4.5 Bentuk kegagalan pada core material setelah pengujian geser .... 60Gambar 4.6 Grafik hubungan pembebanan dengan defleksi sandwich panel .. 63Gambar 4.7 Grafik hubungan tegangan lentur dan defleksi sandwich panel ... 65Gambar 4.8 Kerusakan pada material inti pada saat pembebanan uji lentur .... 66Gambar 4.9 (a) Finite element model geladak kendaraan Sandwich panel ...... 69

  (b) geladak kendaraan dengan sistem konstruksi konvensional . ..69

Gambar 4.10 Ilustrasi pembebanan pada geladak kendaraan ............................. 69Gambar 4.11 (a) Identifikasi pembebanan pada sandwich panel ....................... 71

  (b) Hasil tegangan lentur maksimum pada sandwich panel ......... 71 (c) Hasil tegangan lentur pada sistem kontruksi konvensional ..... 72

Gambar 4.12 Perbandingan berat konstruksi antara Sandwich Panel dengan sistem konstruksi konvensional................................................................ 73Gambar 4.13 Mode getaran yang terjadi pada panel .......................................... 77Gambar 4.14 Model Sandwich Panel dengan kondisi cacat ............................... 78Gambar 4.15 Hasil pengolahan data pengujian getaran Sandwich Panel kondisi utuh ............................................................................................... 80Gambar 4.16 Grafik hasil pengujian getaran Sandwich Panel utuh ................... 81Gambar 4.17 Hasil pengolahan data pengujian getaran Sandwich Panel kondisi

  Cacat ............................................................................................. 82

Gambar 4.18 Grafik hasil pengujian getaran Sandwich Panel cacat .................. 83Gambar 4.19 Grafik verifikasi hasil pengujian Sandwich Panel ....................... 87

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Hasil perhitungan berat konstruksi kapal .........................................7Tabel 2.2 Faktor material pada DNV ...............................................................7Tabel 2.3 Parameter ketebalan minimal ...........................................................8Tabel 2.4 Standarisasi pengujian dan kriteria Sandwich Panel........................9Tabel 2.5 Dimensional spesimen uji tarik. .......................................................11

  2 Tabel 2.6 Nilai numerik untuk keadaan ujung tertentu ........................17

  ) (

Tabel 3.1 Ukuran utama kapal Roro-750 GT ...................................................27Tabel 3.2 Prosentase Variasi Komposisi core material ...................................28Tabel 4.1 Kriteria Material class LR dan DNV 2012.......................................49Tabel 4.2 Komposisi core material Synthrticresin ...........................................51Tabel 4.3 Hasil pengujian densitas core materia .............................................52Tabel 4.4 Hasil kekuatan tarik material inti Synteticresin................................53Tabel 4.5 Hasil Pengujian geser core material ................................................57Tabel 4.6 Hasil densitas sandwich panel..........................................................61Tabel 4.7 Hasil pengujian lentur material sandwich panel ..............................62Tabel 4.8 Identifikasi Sandwich Panel berdasarkan kriteria LR dan DNV .....67Tabel 4.9 Perbandingan nilai tegangan lentur sandwich panel ........................71Tabel 4.10 Hasil perhitungan berat konstruksi model ........................................72Tabel 4.11 Biaya material Sandwich Panel dan plat konvensional ...................74Tabel 4.12 Hasil modal analysis pada sandwich panel ......................................78Tabel 4.13 Nilai koherensi sandwich panel kondisi utuh dan cacat ..................79Tabel 4.14 Perbandingan analisa dan eksperimen sandwich panel utuh ...........81Tabel 4.15 Perbandingan analisa dan eksperimen sandwich panel cacat ..........83Tabel 4.16 Data damping ratio sandwich panel kondisi utuh ............................84Tabel 4.17 Data damping ratio sandwich panel kondisi cacat...........................85Tabel 4.18 Verifikasi hasil keseluruhan pengujian getaran ...............................86Tabel 4.19 Aplikasi Sandwich Panel pada Industri Perkapalan .........................89

  

“Halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang.

  Seiring dengan perkembangan teknologi saat ini, para pelaku industri dituntut untuk melakukan inovasi dalam menghasilkan suatu hal yang baru dan mempunyai nilai tambah bagi bidang industri perkapalan yang membutuhkan terobosan baru untuk dapat merasakan perkembangan teknologi yang ada. Sistem konstruksi kapal membutuhkan teknologi material maju dengan harapan dapat memperoleh suatu material yang lebih ringan, kuat, dan tahan lama. Material pada kapal, pada umumnya adalah baja. Tetapi baja sangat rentan terhadap pengaruh lingkungan, Oleh karena itu, berhubungan dengan hal perawatan yang dilakukan pada konstruksi kapal maka diperlukan material baru yaitu Sandwich Panel yang diharapkan dapat menggantikan material baja pada sistem konstruksi kapal. adalah kerusakan atau retak yang terjadi pada material

  Multiple damages

  dengan jumlah kerusakan lebih dari satu, selain itu lokasi dan bentuk dari kerusakan material tersebut berbeda antara satu dengan yang lainnya. Pembahasan inilah yang akan dilakukan identifikasi pada material sandwich panel dengan memberikan kerusakan jamak (multiple damages) pada material inti sandwich panel. Penelitian yang berkaitan dengan kerusakan jamak pada material inti ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh terhadap frekuensi natural sandwich panel apabila terdapat kerusakan pada material intinya.

  (2016) telah melakukan penelitian berkaitan dengan pemilihan

  Utomo

  material inti dan hasil pengujian yang telah dilakukan untuk Sandwich Panel, material inti yang digunakan dalam lapisan Sandwich Panel adalah Syntheticresin dengan komposisi 50% Resin, 50% Talc dan 0.3% Catalyst. Nilai densitas material

  3

  1728 kg/m , Tensile strength 24.75 Mpa, Modulus elastisitas 546.95 Mpa, dan Modulus geser 273.48 Mpa. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa material Sandwich Panel dapat menggantikan sistem konstruksi pada geladak kapal dengan pengurangan berat konstruksi 13,08% dari geladak dengan sistem konstruksi konvensional menggunakan pelat baja.

Gambar 1.1 Contoh material Sandwich Panel

  Jweeg & Hammond (2012) meneliti tentang perubahan natural frekuensi yang

  terjadi pada suatu material jika pada material tersebut terdapat crack. Pada penelitan tersebut, material yang digunakan menggunakan komposit fiber, dan variabel retak yang diteliti berdasarkan sudut kemuculan dari retak tersebut. Hasil dari penelitian tersebut komparasi antara metode eksperimen dengan analisa adalah 8,5%. Penelitian ini juga menjelaskan bahwa bertambahnya modulus elastisitas akan memberikan dampak penambahan kekakuan material sehingga frekuensi natural pada material tersebut akan bertambah.

  Pada penelitian lain yang dilakukan oleh Winahyu (2017) membahas tentang dampak perubahan frekuensi natural pada Sandwich Panel akibat kerusakan pada material intinya dan damping ratio yang terjadi pada material. Perubahan nilai frekuensi natural yang terjadi pada kondisi utuh dan kondisi cacatnya adalah 8 Hz pada mode 1 dan 94 Hz pada mode 2. Sedangkan nilai damping ratio dipengaruhi oleh ketebalan material inti (core) dari Sandwich Panel. Pada sandwich panel dengan cacat sebagian, damping ratio turun 17.11% dan pada material cacat penuh damping ratio turun 25.75% pada nilai rata-ratanya

  Penelitian ini melakukan identifikasi material Sandwich Panel dengan variasi komposisi material inti (core) untuk mendapatkan karakteristik material yang terbaik, variasi komposisi yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah perbandingan resin dan talac yaitu 10% - 40% dari berat total syntheticresin. Setelah dilakukan identifikasi pada core, akan dilakukan identifikasi dampak pada material

  

Sandwich Panel akibat retak (multiple damages) yang terjadi pada core melalui

  pendekatan karakteristik getaran, penelitian ini dilakukan dengan metode eksperimen dan pemodelan Finite Elemen. Identifikasi kerusakan pada material inti dilakukan untuk mengetahui perbedaan frekuensi natural dari material Sandwich Panel .

  1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan permasalahan yang telah diuraikan sebelumnya, maka pokok permasalahan yang akan dipecahkan adalah:

  1. Identifikasi komposisi material inti (core) pada Sandwich Panel, berdasarkan pengujian material yang telah ditetapkan dalam LR 2006 dan DNV 2012.

  2. Identifikasi perubahan berat yang dapat diberikan dari penggunaan

  sandwich panel pada model konstruksi kapal

  3. Identifikasi pengaruh cacat pada material inti Sandwich Panel dibandingkan dengan material utuh menggunakan pengujian getaran.

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan utama dalam penelitian ini adalah :

  1. Mendapatkan nilai properties material Sandwich Panel berdasarkan komposisi material inti (core)

  2. Mengetahui nilai kekuatan material sandwich panel yang dibuat untuk diaplikasikan pada konstruksi geladak kapal berdasarkan pemodelan.

  3. Memperoleh nilai pengaruh cacat pada material inti Sandwich Panel dengan respon getaran untuk analisa numerik dan eksperimen.

  1.4 Manfaat

  Manfaat yang diperoleh dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

  1. Sebagai referensi dalam hal pengembangan material baru, namun mudah untuk diaplikasikan pada industri perkapalan di berbagai skala industri.

  2. Sebagai acuan penelitian selanjutnya deteksi kerusakan material inti pada Sandwich Panel

  1.5 Hipotesis

  Berdasarkan penelitian sebelumnya, dalam penelitian ini ditarik suatu hipotesa, dimana perbedaan komposisi pada material inti Sandwich Panel dapat mempengaruhi kekuatan material tersebut dan pengujian getaran pada material

  

sandwich panel akan memberikan perubahan frekuensi natural pada kondisi utuh

dan cacat.

  1.6 Batasan Masalah

  Untuk mengefektifkan proses penelitian, maka diterapkan beberapa batasan- batasan masalah, yaitu sebagai berikut :

  1. Peraturan penggunaan Sandwich panel mengacu pada peraturan

  Lloyd’s Register

  , April 2006 dan DNV (Det Norske Veritas), April 2012.

  2. Material yang diuji merupakan pemodelan dari aplikasi material

  Sandwich Panel di kapal pada area geladak kendaraan kapal dengan ukuran frame spacing.

  3. Pengujian eksperimen yang dilakukan adalah : pengujian densitas, pengujian tarik, pengujian geser, pengujian lentur, dan pengujian getaran.

  4. Kerusakan yang diteliti pada penelitian ini akan diberikan pada material inti Sandwich Panel berbentuk retak jamak, yaitu retak pada dua lokasi dari core material.

  5. Pada penelitian ini tidak dilakukan kajian mengenai umur lelah material

  Sandwich panel tersebut.

  6. Pada penelitian ini tidak dilakukan kajian secara ekonomis pada penggunaan material Sandwich Panel pada kapal.

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Sandwich Panel pada Kapal

  Penggunaan SPS di kapal telah banyak diterapkan. Bermacam-macam riset juga telah dilakukan, seperti yang dilakukan oleh Brooking & Kennedy (2004), tentang pengaruh SPS terhadap pengurangan berat kapal, potensi penggunaan SPS pada kapal tidak lepas dari beberapa karakteristik dari SPS terhadap industri perkapalan diantaranya:

  Struktur yang sederhana dan mudah untuk dibangun Perawatan yang dibutuhkan minimal Menambah ketahanan terhadap korosi Ketahanan terhadap retak dan masalah struktural lainnya

  (2004) melakukan desain studi penerapan SPS pada

  Brooking & Kennedy

  kapal tanker, dengan LOA = 144,0 m ; B = 21,50 m pada DWT = 14.000 ton Dengan menerapkan metode FE (Finite element), analisa yang dilakukan menunjukkan tegangan pada konstruksi yang menggunakan SPS memberikan nilai yang lebih kecil dari kriteria tegangan yang diizinkan. Dilanjutkan pada penelitian tersebut bahwa material SPS memiliki rata-rata stress yang lebih besar terhadap baja biasa, material SPS tetap memenuhi persyaratan yang diberikan. Ini membuktikan bahwa material SPS dapat diaplikasi kan ke dalam struktur di bidang perkapalan.

  (2004) juga melakukan perbandingan berat antara

  Brooking & Kennedy

  material SPS dengan material baja biasa. Dimana hasil perhitungan menghasilkan material SPS dapat mereduksi berat dari material baja pada struktur kapal dengan prosentase pengurangan 2,8%, sehingga dari penelitian yang telah dilakukan mendapatkan bahwa material SPS dapat menggantikan material baja.

  Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Utomo (2016), dilakukan analisa perubahan berat konstruksi pada kapal ferry roro di bagian parallel middle . Dengan diaplikasikannya sandwich panel pada kapal, bentuk konstruksi

  body

  kapal mengalami penyederhanaan. Penyederhanaan yang dimaksud adalah dihilangkannya stiffner dari desain kapal tersebut. Namun, perubahan ini tidak mengurangi kekuatan dari struktur tersebut.

Gambar 2.1 (a) Konstruksi kapal pelat baja konvensional, (b) Konstruksi kapal

  (Utomo, 2016)

  sandwich panel

Gambar 2.1 merupakan perbadaan bentuk konstruksi geladak pada kapal dengan konstruksi pelat baja konvensional dan konstruksi kapal yang telah

  menggunakan Sandwich Panel. Efek lain dari pemasangan sandwich panel pada konstruksi kapal, yaitu dapat berukurangnya berat LWT dari kapal tersebut. Total berat yang dapat direduksi dari penerapan sandwich panel ini mencapai 13,08% dibandingkan dengan baja biasa. Pengurangan beban ini bisa berakibat turunnya dan bertambahnya muatan tanpa harus mengorbankan freeboard. Pada Tabel

  draft

  2.1 merupakan perbandingan berat konstruksi kapal antara konstruksi konvensional dengan konstruksi dengan menggunakan Sandwich Panel.

Tabel 2.1 Hasil perhitungan berat konstruksi kapal (Utomo, 2016)

  Berat konstruksi (Ton) Bagian block (%) Steel Sandwich panel

  

Block. 01 ( No. Gading 63-75) 89,11 88,66 -0,50

Block. 02 (No. Gading 51-62) 83,89 82,29 -1,94

Block. 03 (No. Gading 39-50) 73,35 71,08 -3,20

Block. 04 (No. Gading 27-38) 73,35 71,08 -3,20

Block. 05 (No. Gading 16-26) 67,64 64,88 -4,25

Total 387,34 377,99 -13,08

  Momcilovic & Motok (2009) Sandwich Plate System (SPS) merupakan

  material ringan yang merupakan struktur dua pelat logam yang dipisahkan oleh material inti elastomer. Pada material ini pelat yang digunakan biasanya terbuat dari baja yang digabungkan sebagai batas luar dari material inti dan kemudian disatukan oleh material polyurethane.

2.2 Komposisi Material Inti Sandwich Panel

  Pembuatan material syntheticresin memerlukan bahan baku seperti resin, talac, catalist dan pigmen. Semua bahan baku tersebut dicampurkan sehingga menjadi material inti untuk sandwich panel. Berikut ini adalah uraian untuk bahan baku dari pembuatan material inti.

Gambar 2.2 Bahan baku pembuatan material inti Sandwich Panel A. Resin 157 BQTN Tipe resin ini tahan terhadap air (suhu normal) dan asam lemah. Produk unggulan kami adalah YUKALAC® 157 BQTN-EX. Tipe jenis ini sangat popular di bidang pembuatan kapal di Indonesia. Bidang aplikasi lainnya antara lain: tangki, alat saniter, ornamen dan lain-lain. YUKALAC® 157 BQTN-EX ber-sertifikasi LR Register & FDA. YUKALAC® 157 BQTN-EX juga sudah ber-sertifikasi BKI (Biro Klasifikasi Indonesia).

Gambar 2.3 Resin 157 BQTN

  Berbentuk cairan kental, bening sedikit berwarna merah/hijau. Resin mempunyai beberapa type dari yang keruh, berwarna hingga yang bening dengan berbagai kelebihannya seperti kekerasan, lentur, kekuatan dll. Selain itu harganyapun bervariasi.Bahan ini berujud cairan kental seperti lem, berkelir hitam atau bening.Berfungsi untuk mengencerkan semua bahan yang akan dicampur. Resin mempunyai beberapa tipe dari yang keruh, berwarna hingga yang bening dengan berbagai kelebihannya seperti kekerasan, lentur, kekuatan dan lain-lain. Resin adalah senyawa polymer rantai karbon. Polymer berasal dari kata

• –poly (banyak) dan
• –mer (ikatan).Senyawa polymer rantai karbon dapat didefinisikan

sebagai senyawa yang mempunyai banyak ikatan rantai karbon. Resin merupakan bahan pembuat Fiberglass yang berujud cairan kental seperti lem, berkelir hitam atau bening. Berfungsi untuk mengeraskan semua bahan yang akan dicampur.

  B. Talac Talac berbentuk serbuk putih seperti bedak yang dicampurkan dengan resin berfungsi seperti dempul. Aplikasi dempul resin ini bisa digunakan untuk penghalus permukaan fiber atau sebaliknya untuk membuat detil dalam relief.Sesuai dengan namanya, bahan ini berupa bubuk berwarna putih seperti sagu.

  Berfungsi sebagai campuran adonan fiberglass agar keras dan agak lentur. Menjadikannya sebagai mineral paling lembut.

  Talac merupakan talek memiliki rumus kimia Mg Si O (OH) . Talac tidak larut dalam

  3

  4

  10

  2

  dan air. Hal ini biasa dikenal sebagai karbonasi talek atau steatisasi dan memproduksi sederetan cadas yang dikenal sebagai Susunan kimiawi: 3MgO·SiO ·H O

  2

  2

  (63,35 wt% SiO ; 31,90 wt% MgO; 4,75 wt% hidroksida)

2 C. Catalist

  Catalyst atau Methyl Ethyl Ketone Peroxide adalah harderner atau pengeras resin yang dapat digunakan untuk :

• Membuat tangki, kotak, atau kapal
• coating pada kayu lapis
• kancing
• pelapis permukaan pada besi atau furniture sifat katalis : cair, berwarna bening, baunya sgt menyengat, sering disebut jg
• – hardener, berfungsi sbg pengering saat dicampur resin. Tipe catalyst permek N digunakan untuk resin bening sedangkan catalyst untuk resin pada umumnya. Adapun jenis-jenis Katalis berdasarkan wujudnya, katalis dapat dibedakan menjadi katalis homogen dan katalis heterogen (James E. Brady, 1990).

  1) Katalis Homogen Katalis homogen adalah katalis yang dapat bercampur secara homogen dengan zat pereaksinya karena mempunyai wujud yang sama.

  Contoh Katalis Homogen :

  a. Katalis dan pereaksi berwujud gas

  NO(g)

  2SO (g) + O (g)

  2SO (g)

  2 2 →

  3

  b. Katalis dan pereaksi berwujud cair

• H (a q)

  C H O ( + C H O (

  12

  22

  11

  6

  12

  6 C H O (

  6

  12

  6

  aq) aq)

• aq)

  →

  H O(l)

  2

  glukosa fruktosa 2) Katalis Heterogen

  Katalis heterogen adalah katalis yang tidak dapat bercampur secara homogen dengan pereaksinya karena wujudnya berbeda.

  Contoh Katalis Heterogen : Katalis berwujud padat, sedang pereaksi berwujud gas.

  Ni(s)

  C H (g) + H (g) C H (g)

  2

  4 2 →

  2

  6 D. Pigmen/ Pewarna

  Pigmen adalah pewarna resin berupa pasta. Penggunaannya harus dicampur dengan resin terlebih dahulu. Warna pigmen bermacam-macam tetapi untuk pembuatan rockwork sebaiknya digunakan warna dasar (hitam, putih, merah, biru dan kuning). Dengan pencampuran warna dasar ini bisa menghasilkan variasi warna yang tidak terhingga.Pigment adalah zat pewarna saat bahan fiberglass dicampur. Pemilihan warna disesuaikan dengan selera pembuatnya. Pada umumnya pemilihan warna untuk mempermudah proses akhir saat pengecatan.

2.3 Peraturan DNV tentang Sandwich Panel

  DNV membagi kalkulasi ketebalan menjadi 2 bagian. Bagian face plate yang dilambangkan dengan t (top plate) dan t (bottom plate) dan ketebalan core dengan

  1

  

2

  t c . Berikut ini adalah formula dalam menentukan tebal material sandwich .

  = 0,5 ( 0,5 )

• (2.1)

  1,2_

  1 Dimana: L = Panjang kapal (m) f

  1 = Faktor Material

  , k = Parameter ketebalan minimal

  t

Tabel 2.2 Faktor material pada DNV

  ₁ Jenis baja Keterangan f _y

  NV-NS 1,00 σ ≥ 235 MPa _y

  NV-27 1,08 σ ≥ 265 MPa _y

  NV-32 1,28 σ ≥ 315 MPa _y

  NV-36 1,39 σ ≥ 355 MPa _y

  NV-40 1,47 σ ≥ 390 MPa

Tabel 2.3 Tabel parameter ketebalan minimal

  Bagian Konstruksi t k Bottom / Inner bottom / Side 5,0 0,04 Weather deck 5,5 0,02 Bulkhead 5,0 0,03 Tween decks & superstructure ends and sides

  5,0 0,01 Superstructure decks

  5,0

  Setelah ketebalan minimal didapat, DNV mensyaratkan dalam penambahan ketebalan berdasarkan factor korosi. Berikut adalah formula yang di syaratkan:

• =

  1,2_ _ 1,2_

  (2.2)

  = Ketebalan minimal yang digunakan

  t 1,2_gross_required 1,2_min = Ketebalan minimal mula-mula t t k = Ketebalan tambahan sebagai factor korosi

  Persyaratan ketebalan core didapat menggunakan system try and error. Sehingga desainer bisa memberikan ketebalan yang dibutuhkan kapal secara optimum. Berikut adalah formula yang berkaitan dengan penentuan ketebalan core material.

  1,3

  2

  = 0,01 0,1 [ ) ] ; ≤ 1

  ,

  2

• ( ) + 11,7 (

  1

  2

  (2.3) = nilai indeks ketebalan core material,

  R R ≤ 1.

  0,65 A R =

  ( )

  2

  = 0,0017 (Z /l ) (MPa)

  P eq,R rule

  = panjang panel (mm)

  l Z rule = ekivalen modulus penampang midship

  = pilihan ketebalan lapisan inti (mm)

  t c

  = panjang panel pada tepi terpanjang (mm)

  a b = lebar panel pada tepi terpendek (mm) d = t c + (t 1 + t 2 ) / 2 , (mm)

  1 , t 2 = ketebalan panel lapisan atas dan bawah (mm) t = faktor kekuatan baja. k

2.4 Standarisasi pengujian material.

  (2006) dan DNV (2012) mengatur standarisasi pengujian material

  LR

sandwich panel, baik untuk persyaratan core material hingga kriteria persyaratan

  yang digunakan. Standarisasi pengujian dan kriteria nilai hasil

  sandwich panel pengujian ditetapkan pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Standarisasi pengujian dan kriteria sandwich panel.

  Acceptance criteria Property Test Standard DNV LR

  3 ≥ 1000 kg/m at

  3 Density

  ISO 845 > 1000 kg/m RT DIN 53505 Shore D ≥65 at

  Hardness 65 at 20ºC ASTM D2240 RT > 5 MPa at Tensile Strength

  ≥20 MPa at RT

• 80ºC > 200 MPa at Tensile Modulus

  ≥5 MPa at +80ºC

  ISO 527 +80ºC ASTM D412 Min. 20% at Min. 10% at - 20ºC Elongation at break 20ºC Min. 10% at - Min. 20% at RT 20ºC G ≥ 312-2,4T G ≥ 312-2,4T (ºC) (ºC) or, min. 120 MPa

  ASTM C 273 - Shear Modulus at +80ºC

  01 3,7 MPa (shot ≥2,7 MPa (shot blasted) blasted)

  Bond shear strength ASTM D429-81 6,2 MPa (grift ≥4 MPa (grift blasted) blasted) > allowable

  Bond shear strength stress defined in

• ASTM C393 from beam flexure

  3.5.2 DNV rules for Steel SPS

  Sumber : LR (2006) & DNV (2012)

Tabel 2.4 menunjukkan standarisasi material sandwich panel untuk dilakukan pengujian, maka pada penelitian ini akan melakukan pengujian untuk berat jenis

  

core, pengujian tarik pada core, dan pengujian geser pada material inti. Kemudian

  pada material Sandwich Panel akan dilakukan pengujian lentur untuk mendapatkan kekuatan lentur dan kekuatan geser dari mateirl sandwich panel.

2.4.1. Pengujian Berat Jenis (Density) pada Core Material

  Pengujian densitas dilakukan untuk menentukan kepadatan dari material

  

sandwich panel yang dibuat berdasarkan ISO 845. Dimensional spesimen uji

  dibentuk dengan jelas untuk memudahkan dalam perhitungan volume. Ukuran

  3

  spesimen setidaknya memiliki total volume paling sedikit 100 cm . Spesimen benda uji dibuat minimal 5 spesimen.

  Spesimen yang dibuat, setidaknya menunggu 72 jam setelah pembuatan dan sebelum pemotongan spesimen dilakukan. Spesimen harus disimpan setidaknya selama 16 jam pada keadaan atmosfer standard atau dalam kondisi kering. Pengukuran dimensi dalam satuan (mm), dengan membuat minimal tiga pengukuran yang terpisah dari masing-masing dimensi. Untuk bahan yang kaku dalam bentuk papan, setidaknya dilakukan lima pengukuran pada daerah pusat dan menghitung rata-rata untuk setiap dimensi.

  3 Densitas,

  , yang diperoleh dari

  ρ dari benda uji diberikan dalam satuan kg/m

  persamaan berikut

  6

  ρ=m/V.10 (2.4) dimana :

  3

  )

  ρ = berat jenis (kg/m m = massa, untuk spesimen uji, (kg)

  3

  = volume spesimen uji, (m )

  V 2.4.2.

   Pengujian Tarik.

  Pengujian tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan tarik dari material yang diuji. Spesimen benda uji yang merupakan pelat, maka bentuk dan dimensional benda uji yang dibuat sesuai dengan yang diberikan EN 10002, adapun bentuk spesimen uji tarik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Spesimen uji tarik, (ASTM D 412, EN 10002) dimana :

  = ketebalan sandwich panel, pelat, maupun core material, (mm)

  a b = lebar spesimen sandwich panel, pelat, maupun core material, (mm) L = panjang pengukuran awal, (mm) L c = panjang bidang spesimen yang diuji, (mm)

  2 S o = pengukuran luas penampang pada bidang spesimen uji, (mm ) r = radius bidang pada akhir spesimen uji, (mm)

  Spesimen uji tarik akan dibentuk dari dua material yaitu baja dan core yang kemudian akan disatukan. Adapun dimensional spesimen uji tarik

  material yang terdapat pada Gambar 2.5, dijelaskan dalam Tabel 2.8 berikut ini.

Tabel 2.5 Dimensional spesimen uji tarik.

  Specimen propotional test Specimen 200 mm Dimension specimen specimen a t t

  25 mm

  b

  ≥ 25 mm 200 mm

  L 5,65

  √

• b 225 mm

  L c L

r 25 mm 25 mm

Tabel 2.5 menjelaskan ukuran dari setiap dimensional dalam bentuk notasi yang diberikan pada Gambar 2.2 mengenai bentuk spesimen uji tarik.

  Tegangan tarik yang dihasilkan dari pembebanan tarik pada spesimen uji tarik ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.

  σ tk = F/A

  (2.5) dimana :

  F = Gaya yang diamati, (N)

  2

  = Luas penampang dari bidang spesimen yang tertarik, (mm )

  A tk = Tegangan tarik, kekuatan tarik material, (Mpa)

  σ Sedangkan, elongasi yang terjadi dapat diperhitungkan dengan persamaan berikut.

  (2.6) (L-L )

  Elongation, .100

  (%) =

  

L

  dimana : = Jarak dari pertambahan panjang material, (mm)

  L

  = Jarak hasil dari panjang pengukuran awal, (mm)

  L

2.4.3. Pengujian Geser

  Pengujian geser dilakukan pada material Sandwich Panel uuntuk mengetahui kekuatan erat pada material komposit syntheticresin dengan baja. Hal yang umum logam diaplikasikan dalam desain teknik dengan pembebanan geser. Baut, paku keling dan pasak mendapat beban sedemikian rupa sehingga akan membelah komponen tersebut menjadi dua bagian (Budinski,1999). Kekuatan geser suatu bahan adalah tegangan yang menyebabkan komponen rusak/patah akibat beban geser. Pengujian geser dapat dilakukan pada mesin uji tarik menggunakan peralatan tambahan khusus.

  Spesimen benda uji untuk pengujian geser pada material sandwich panel dengan lebar spesimen tidak kurang dari 50 mm dan panjang spesimen uji tidak kurang 12 kali tebal material inti (core). Bentuk spesimen uji dan metode pengujian untuk sandwich panel yang dibuat sesuai ASTM C273 seperti yang di tunjukkan pada Gambar 2.5 berikut.

Gambar 2.5 Spesimen pengujian geser dan metode pengujian geser

  (ASTM C 273, Standard Test Method for Shear Properties of Sandwich Core Materials)

  Pada Gambar 2.5 menunjukkan metode pengujian geser pada material sandwich panel, peralatan yang digunakan adalah alat pengujian tarik, dimana pengikat (grip) pada alat uji tarik letaknya vertikal dengan posisi sejajar, maka diperlukan peralatan tambahan untuk melakukan pengujian geser ini. Sehingga spesimen uji sandwich panel posisinya dapat sejajar sesuai dengan grip pada alat uji. Sedangkan metode pengujian yang dilakukan sama seperti uji tarik, tetapi perlu adanya ekstensometer untuk mengukur pergeseran yang terjadi pada material inti dengan plat pada sandwich panel.

  Tegangan geser core pada material sandwich panel dapat dihitung dengan persamaan berikut :

  P τ =

  (2.7) L b dengan modulus geser core dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

  (2.8)